Fungsi Kerja Dan Tetapan Planck Bedasarkan Efek Fotolistrik

Fungsi Kerja Dan Tetapan Planck Bedasarkan Efek Fotolistrik Intan Masruroh S, Anita susanti, Reza Ruzuqi, dan Zaky alam Laboratorium Fisika Radiasi, Departement Fisika, Fakultas Sains dan Terknologi, Universitas Airlangga Jalan Mulyorejo, mulyorejo, Surabaya email: maze.intan@gmail.com ABSTRAK Pada percobaaan efek fotolistrik ini bertujuan untuk menentukan nilai konstanta planck, tenaga kinetik maksimum fotoelektron dan fungsi kerja sel foto. Fotolistrik yaitu peristiwa ketika suatu foton yang memiliki frekuensi lebih besar dari fekuensi logam/plat yang dikenainya sehingga melepaskan elektron. Dengan menggunakan setup alat sedemikian rupa konstanta planck di dapat dengan mengubah arus untuk mendapat nilai V (tegangan) dengan menggunakan nilai tegangan dibuat persamaan antara tegangan dan frekuensi untuk masing-masing intensitas pada masing-masing gelombang. Sehingga pada percobaan ini di dapat nilai h = 3,8096 10 34 dengan presentase kesalahan 42,508% dari literatur. Sedangkan nilai fungsi kerja fotosel pada percobaan adalah Φ = 1,22168 10-19 dan nilai Ek untuk panjang gelombang 5769,59 ; 5460,74 ; dan 4347,50 ; adalah = 7,5893 10 20 J ; 8,7093 10 20 J ; dan 1,40733 10 19 J, sedangkan panjang gelombang warna biru, hijau, dan kuning berturut-turut adalah (508,42 nm; 487,24 nm; 497,60nm. Kata kunci : percobaan efek fotolistrik, panjang gelombang, fungsi kerja, tetapan planck PENDAHULUAN Fisika kuantum adalah cabang fisika yang hadir untuk menjawab teori yang tidak bisa dijawab dengan persamaan fisika newton/fisika klasik.diawali dengan adanya bencana ultraviolet. Diawali dengan radiasi benda hitam yang mampu menyerap semua energi yang masuk ke dalamnya. Dalam percobaan rayleigh-jeans dengan menggunakan rongga persegi yang dipanaskan sehingga elektron-elektron di dalamnya akan dipercepat dan memancarkan gelombang elektromagnetik. Dengan menggunakan gelombang elektromagnetik Rayleighjeans membuktiakn bahwa gelombang-gelombang elektron yang memenuhi rongga adalah gelombang berdiri. Dengan menggunakan hukum ekuopartisi Masruroh S. Intan Page 1

energi rayleigh-jeans menentukan energi total rata-rata setiap gel.berdiri dengan frekuensi v. Energi total E = kt dan ketika dilakukan eksperimen grafik yang dihasilkan tidak sesuai dengan perhitungan klasik. Gambar 1. Grafik hasil eksperimen rayleigh-jeans Dari grafik eksperimen Rayleigh-Jeans, max Planck berpendapat bahwa gelombang berdiri merupakan fungsi frekuensi. Dengan memodifikasi persamaan Rayleigh-Jeans untuk setiap gel.berdiri yang diturunkan menggunakan fungsi distribusi boltzmann maka didapatkan rumus planck Rumus planck menunjukan grafik data yang sesuai untuk hasil eksperimen. Nilai h (tetapan planck) yang digunnakan dalam persamaan didapat dari hukum pergeseran Wien sehingga planck didapat nilai h = 6,626 10-34 sedangkan Efek fotolistrik adalah suatu proses pelepasan elektron karena frekuensi foton lebih besar dari frekuensi logam yang dikenai suatu cahaya. DASAR TEORI 8 hc 1 exp hc kt 1 T 5 Efek fotolistrik adalah suatu gejala terlepasnya elektron karena frekuensi foton lebih dari frekuensi logam yang dikenai cahaya. Untuk melepaskan elektron diperlukan sejumlah tenaga. ev = hf Φ Dengan e = nilai muatan dasar elektron, V adalah tegangan rata-rata a dikenai foton akibat efek fotolistrik adalah konstanta plank, dan W adalah fungsi kerjanya.elektron yang lepas dari logam karena dikenai foton disebut foto elektron yang mempunyai energi kinetik sebesar Ek= hf Φ Dengan menyusun set up alat seperti gambar 2. Untuk memprlajari efek fotolistrik dua elektroda dalam tabung hampa, yang salah satunya adalah logam yang disinari sel foto. Antara kedua elektroda diberi beda potensial sebesar Va dengan baterai E1 dan E2 yang nilainya divariasi. Sehingga arus fotoelktronnya dapat diukur dengan mikrometer. Masruroh S. Intan Page 2

egambar 2. Set up alat percobaan efek fotolistrik ALAT DAN BAHAN 1. Sel foto 2. Sumber cahaya 3. Sumber tegangan (power supply) 4. Filter dan diafragma WAKTU PELAKSANAAN Percobaan efek fotolistrik dilakukan pada hari rabu 16 november 2013 pukul 15.00 s/d 16.00 di laboratorium Radiasi, Departemen Fisika, Universitas Airlangga Surabaya. PROSEDUR PERCOBAAN a. Pertama memrangkai alat seperti set gambar. Memastikan bahwa gambar sudah benar (dengan menanyakan pada dosen) sebelum dihidupkan. b. Menyalakan set rangkaian dan menyalakan lampu dan mengatur intensitasnya. c. Mengkalibrasi alat dengan memasang filter hitam, kemudian memutar skala teganagan dan arus sehingga di dapat pergerakan skala yang baik. Jika skala pada alat dan lampu berfungsi dengan baik, kembalikan skala pada posisi nol dan matikan alat. d. Mengambil filter hitam dan menggantinya dengan filter warna merah dengan panjang gelombang 5769,59 Å. Masruroh S. Intan Page 3

e. Menggunakan skala intensitas ( ) satu, kemudian ubah skala arus sehingga tegangan juga akan berubah, kemudian mencatat nilai tegangan pada skala. f. Mengganti skala intensitas ( ) dua, ( ) tiga, dan ( ) empat skala. g. Mengulangi langkah d,e,f untuk panjang gelombang 5460,74 dan 4347,50. h. Dan mengulangi langkah d,e,f untuk filter biru, hijau, dan kuning yang belum diketahui panjang gelombang nya. i. Mencatat data yang di dapat untuk dianalisis. DATA DAN PEMBAHASAN λ (Å) Intensitas V (volt) 5769,59 Å 0,4 0,5 0,4 0,5 5460,74 Å 0,5 0,6 0,6 0,6 4347,50 Å 0,7 1 0,9 0,9 Warna mika Intensitas V (volt) Biru 0,9 1,1 1,2 1,4 Hijau 0,9 1,3 1,3 1,3 Kuning 0,8 1,3 1,3 1,3 PEMBAHASAN Pada percobaan kali ini kami akan mempelajari efek fotolistrik melalui eksperimen. Dengan menggunakan set up alat seperti dasar teori di atas dan prosedur yang suadh dijelaskan maka di dapat nilai V pada tabel data. Untuk Masruroh S. Intan Page 4

V volt Fungsi Kerja Dan Tetapanplanck Bedasarkan Efek Fotolistrik menentukan nilai tetapan planck melalui percobaan digunakan data yang diketahui panjang gelombangnya. Dengan menghitung frekuensi dari masing-masing panjang gelombang mengguakan persamaan ν = c maka di dapat nilai untuk λ ν 1 = 5,199 10 14 ν1 = 5,493 10 14 ν1 = 6,901 10 14 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = 0,236x - 0,754 R² = 0,986 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 frekuensi Gambar 3. Grafik fungsi frekuensi terhadap Vrata-rata Series1 Linear (Series1) Linear (Series1) perhitungan nilai konstanta planck dilakukan dengan menggunakan tabel regresi persamaan dari semua intensitas untuk tiap-tiap panjang gelombang. Pada saat panjang gelombang 1 di jadikan nilai x dan intesitas 1 pada masing-masing panjang gelombang dijadikan nilai y. Maka dilakukan perhitungan regresi untuk masing-masing Intensitas adalah : y 1 = (0,1654 10-14 x 0,4369 10-14 ) y 2 = (0,2907 10-14 x 1,0066 10-14 ) y 3 = (0,2682 10-14 x 0,9399 10-14 ) y 4 = (0,2281 10-14 x 0,6708 10-14 ) nilai regresi y = mx n seperti di atas dan persamaan ev = hν Φ V= ν h/e Φ/e maka : m = h/e n = Φ/e h = e m Φ = e n sehingga di dapat 4 nilai h dan 4 nilai Φ untuk masing-masing intensitas. Kemudian dengan merata-rata nilai h dan Φ : h = 3,8096 10 34 dengan kesalahan terhadap literatur adalah 42,508% Φ = 1,22168 10-19 Nilai Ek tiap panjang gelombang di dapat dari Ek = hν - Φ Ek panjang gelombang 5769,59 Å = 7,5893 10 20 J Masruroh S. Intan Page 5

Ek panjang gelombang 5460,74 Å = 8,7093 10 20 J Ek panjang gelombang 4347,50 Å = 1,4073 10 19 J Dan nilai panjang gelombang untuk filter warna digunakan persamaan ev = hf φ φ = hf ev φ = hc λ ev hc λ = φ + ev hc φ + ev h c e V o + φ Maka panjang gelombang untuk Filter warna biru 5144 Å Filter warna hijau 3287 Å Filter warna kuning 3249 Å Dari analisis data dapat diketahui bahwa dari persamaan dia atas bahwa efek fotolistrik menyebabkan elektron terlepas dari logam karena dikenai foton. Dan energi juga dipengaruhi oleh nilai frekuensi. KESIMPULAN Dari percbaan efek fotolistrik di dapat nilai konstanta planck h = 3,7776 10 34 Dan fungsi kerja = 1,2074 10-19 Dan nilai energi kinetik untuk masing-masing panjang gelombang yaitu : Ek1 = 7,5893 10 20 J Ek2 = 8,7093 10 20 J Ek3 = 1,4073 10 19 J Dan nilai panjang gelombang untuk masing-masing filter biru, hijau, dan kuning adalah (514,4 nm; 328,7 nm; 324,9 nm). DAFTAR PUSTAKA 1. Dosen Fisika Radiasi. 2011. Buku Petunjuk Fisika Eksperimental. Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya 2. http://physics.info/photoelectric/ 3. Halliday, Resnick. 1986. Fisika Jilid 2 Edisi Ketiga. Diterjemahkan oleh Pantur Silaban dan Erwin Sucipto. Jakarta: Erlangga Lampiran Masruroh S. Intan Page 6

ANALISIS PERHITUNGAN Data Percobaan λ (Å) Intensitas V (volt) 5769,59 Å 0,4 0,5 0,4 0,5 5460,74 Å 0,5 0,6 0,6 0,6 4347,50 Å 0,7 1 0,9 0,9 Warna mika Intensitas V (volt) Biru 0,9 1,1 1,2 1,4 Hijau 0,9 1,3 1,3 1,3 Kuning 0,8 1,3 1,3 1,3 4. Analisis perhitungan a. Menentukan frekuensi masing-masing panjang gelombang. f = c/λ ν 1 = c λ 3 10 8 ν 1 = 5769,59 10 10 ν 1 = 5,199 10 14 ν 2 = c λ 3 10 8 ν 2 = 5460,74 10 10 ν 2 = 5,493 10 14 Masruroh S. Intan Page 7

ν 3 = c λ 3 10 8 ν 3 = 4347,50 10 10 ν 3 = 6,901 10 14 b. Menentukan konstanta planck Penentuan h No Frekuensi (x) Vr (y) Frekuensi 2 Vr 2 Xy 1 5,199 10 14 0,45 27,0296 10 28 0,2025 2,33955 10 14 2 5,493 10 14 0,57 30,17305 10 28 0,3249 3,13101 10 14 3 6,901 10 14 0,87 47,6238 10 28 0,7569 6,00387 10 14 Σ 17,593 10 14 1,89 104,8265 10 28 1,2843 11,47443 10 14 m = n xy x y n x 2 ( x) 2 m = 3 11,47443 1014 17,593 10 14 1,89 3 104,8265 10 28 17,593 10 14 2 m = 34,42329 1014 33,25077 10 14 314,4795 10 28 309,5136 10 28 m = 1,17252 1014 4,9659 10 28 m = 0,2361 10 14 n = n = x2 y x xy n x 2 x 2 x2 y x xy n x 2 x 2 n = 104,8265 1028 1,89 17,593 10 14 11,47443 10 14 3 104,8265 10 28 17,593 10 14 2 n = 198,1221 1028 201,8696 10 28 314,4795 10 28 309,5136 10 28 n = 3,7475 1028 4,9659 10 28 n = 0,7546 Masruroh S. Intan Page 8

s y 2 = 1 n 2 y 2 x2 y 2 2 x xy y + n xy 2 n x 2 x 2 s y 2 = 1 3 2 1,2843 104,8265 10 28 3,57 2 17,593 10 14 11,4744 1,89 + 3 131,6625 10 28 3 104,8265 10 28 309,5136 10 28 s y 2 = 1,2843 374,2306 1028 763,0652 10 28 + 394,9875 10 28 314,4795 10 28 309,5136 10 28 s y 2 = 1,2843 374,2306 763,0652 + 394,9875 1028 314,4795 309,5136 10 28 s 2 6,1529 1028 y = 1,2843 4,9659 10 28 s y 2 = 1,2843 + 1,2390 s y 2 = 2,5233 S y = 1,58 S m = n n x 2 x 2 S y S m = 3 3 104,8265 10 28 1,58 309,5136 1028 S m = 3 1,58 314,4795 309,5136 1028 S m = 3 1,58 4,9659 1028 S m = 6,0412 1,58 S m = 7,7725 10 15 1,58 S m = 1,2280 10 14 Masruroh S. Intan Page 9

V volt Fungsi Kerja Dan Tetapanplanck Bedasarkan Efek Fotolistrik S n = x 2 n x 2 x 2 S y S n = 104,8265 10 28 3 104,8265 10 28 1,58 309,5136 1028 S n = 104,8265 10 28 1,58 314,4795 309,5136 1028 S n = 104,8265 10 28 4,9659 10 28 1,58 S n = 21,1092 1,58 S n = 4,5945 1,58 S n = 7,2593 y = mx + n y = (0,2361 ±1,2280)x 10 14 ( 0,7546 ±7,2593) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = 0,236x - 0,754 R² = 0,986 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 frekuensi Series1 Linear (Series1) Linear (Series1) Grafik frekuensi terhadap tegangan dengan persamaan ketika elektron lepas dari logam karena dikenai foton, akibat efek fotolistrik ini disebut fotoelektron, dengan memenuhi persamaan e V s = hυ Φ Masruroh S. Intan Page 10

V s = h e υ Φ e Dengan hubungan V dan frekuensi dalam fungsi regresi y = m x + n, maka h e = m h = e m jika diketahui e = 1,6 10-19 maka h = e m = 1,6 10-19 0,2361 10-14 = 3,7776 10-34 h = 3,7776 10 34 presentase kesalahan = h literatur h percobaan x 100% h literatur = 6,626 3,7776 6,626 x 100% = 42,988 % Fungsi kerja dari percbaan di dapat dari : Persamaan e V s = hυ Φ V s = h e υ Φ e Dengan hubungan V dan frekuensi dalam fungsi regresi y = m x + n, maka n = Φ e maka Φ = n e Φ = n e = 0,7546 1,6 10-19 = 1,2074 10-19 Energi kinetik fotoelektron Ek = hν Φ Maka energi kinetik untuk masing-masing panjang gelombang yaitu : Ek panjang gelombang 5769,59 Å Ek = (3,8096 10 34 )( 5,199 10 14 ) - 1,2074 10-19 = 19,8061 10 20-1,2074 10-19 Masruroh S. Intan Page 11

= 7,5893 10 20 Ek panjang gelombang 5460,74 Å Ek = (3,8096 10 34 )( 5,493 10 14 ) -1,2074 10-19 = 20,9261 10 20-1,2074 10-19 = 8,7093 10 20 Ek panjang gelombang 4347,50 Å Ek = (3,8096 10 34 )( 6,901 10 14 ) -1,2074 10-19 = 26,2901 10 20-1,2074 10-19 = 1,40733 10 19 Perhitungan nilai penjang gelombang untuk warna masing-masing mika. Nilai panjang gelombang di dapat dari persamaan : h c e V o + φ Untuk mika warna biru 3,8096 10 34 3 10 8 1,8910 19 1,15 + 1,2074 10 19 11,4288 10 26 2,1746 10 19 + 1,2074 10 19 11,4288 10 26 2,22215 10 19 5,144 10 7 5144 Å Panjang gelombang untuk mika warna hijau 3,8096 10 34 3 10 8 1,8910 19 1,2 + 1,2074 10 19 11,4288 10 26 2,2692 10 19 + 1,2074 10 19 Masruroh S. Intan Page 12

11,4288 10 26 3,4766 10 19 3,2873 10 7 3287,3 Å Panjang gelombang untuk mika warna kuning 3,8096 10 34 3 10 8 1,8910 19 1,175 + 1,2074 10 19 11,4288 10 26 2,2219 10 19 + 1,2074 10 19 11,4288 10 26 2,296758 10 19 3,4293 10 7 3249,3Å Masruroh S. Intan Page 13